降水格点数据的无损压缩方法

在大气科学领域,格点资料是资料存储和交换的主要形式。为了提高存储和传输效率,设计快速高效的压缩格式对数据进行压缩具有重要意义。由于气象资料要求较高,压缩必须是无损的。降水量是一种特殊的气象要素,它的空间分布是不连续性的,不宜采用连续要素的无损压缩方法。分析降水格点数据的基本特点,采用行程编码（RLE）思想,结合洗牌技术和熵编码,设计了降水格点数据的无损压缩方案。结果表明：该方案具有较高的压缩比,可以应用于各种空间分布不连续的气象要素的无损压缩,在大气科学领域具有很好的应用前景。     

不等距分层中尺度η坐标暴雨模式的设计及数值试验

运用加权平均法构造垂直不等距差分格式,设计了16层不等距分层的中尺度η坐标暴雨模式。模式对地形的描述更加细致。对1998年6、7月降水集中的两个时段的降水进行了数值模拟试验,结果表明,不等距模式运行稳定,在暴雨预报方面比等距模式有显著提高。特别是暴雨的范围、中心位置及强度预报得更好,虚假暴雨区大大缩小。     

台风倒槽内β中尺度低涡及特大暴雨的数值模拟

对 2 0 0 1年 7月 6～ 7日上海嘉定特大暴雨及β中尺度低涡进行大、中尺度分析 ,认为特大暴雨是在西太平洋副热带高压的西北侧、北部西风槽与南部台风倒槽相连的形势下形成的。利用改进的区域 η坐标模式 (REM)对这一过程进行了数值模拟 ,发现降水先于 β中尺度低涡形成 ,强降水是在“风速偶”之间的强辐合作用下触发的。探讨了“风速偶”特别是弱风中心形成的原因。根据模式输出的高时空分辨率物理量场对 β中尺度低涡与特大暴雨的形成进行分析 ,探讨了它们形成的机制 ,结果表明 β中尺度低涡的形成是由于强降水使气柱增暖加强了低空原有的正涡度的情况下形成的 ,低涡与降水存在正反馈机制 ,CISK机制可能是十分重要的     

中尺度暴雨模式MRM1对华南暴雨预报试验

利用中尺度暴雨模式MRM1对2001年6、7月华南的暴雨进行数值预报试验．初始场采用T106谱模式的预报场作初估场，海表温度采用1982～2001年的候平均海温。试验结果表明：模式对两个月的1、10、25、50、100mm降水平均TS值分别达到0．629、0．358、0．238、0.160、0．063．两个月中的主要降水过程预报效果较好．特别是7月几次台风暴雨过程。     

基于局地增长模培育法的对流可分辨尺度WRF模式对河南“21·7”特大暴雨的预报评估

基于WRF(Weather Research and Forecasting)模式,选取河南“21·7”特大暴雨事件,采用局地增长模培育法(Local Breeding Growth Mode,LBGM)生成对流尺度集合预报系统,在此基础上对24 h累积降水量进行SAL(Structure,Amplitude and Location)检验,结合预报成功指数(Threat Score,TS)、公平成功指数(Equitable Threat Score,ETS)评分等评分结果进行对比分析,综合评估集合预报成员的预报效果,表明:1)基于局地增长模培育法生成初始扰动的集合预报系统成员对于强降水预报有一定优势,在降水强度和位置的预报上与实况较接近;2)经检验,成员e003的TS和ETS评分在20日00时—21日00时(北京时,下同)和21日08时—22日08时两个强降水时段内表现最佳,并在SAL检验中对应较好的降雨强度A和雨区位置L,而成员e008暴雨TS、ETS评分最低,对应SAL检验中具有一定的位置偏差,即TS、ETS评分和SAL检验之间存在相关性,将二者有机结合,可以为业务工作中定量评估模式降水预报效果提供参考;3)通过对比整体评分表现较好的成员e003和较差的成员e008,两者预报的位势高度场与ERA5(ECMWF reanalysis v5,ERA5)再分析资料之间的差值,可以验证降水预报误差主要源于对低涡系统的预报偏差,同时预报评分较好的成员其位势高度偏差较小,综合评估效果更佳。     

地形对1998年7月鄂东特大暴雨鞍型场的影响

利用中尺度η坐标模式对1998年7月21～22日鄂东特大暴雨过程进行了数值模拟,通过地形敏感性试验,分析了地形对鞍型场和低空急流的影响,概括了鄂东地区β中尺度低涡及特大暴雨形成的概念模型。结果表明,在全地形的情况下,降水和实况接近,700 hPa鞍型场稳定维持,鞍型场位置和实况接近,鄂东地区的β中尺度低涡形成于鞍型场中性点附近;而无地形试验模拟降水量偏小、降水开始时间偏迟,河套地区高压和西南涡偏北,造成700 hPa鞍型场偏北,鄂东地区无法形成β中尺度低涡。青藏高原地形对其北部及南部气流的阻滞、绕流作用以及侧边界的摩擦作用对河套地区高压和西南涡的形成和维持有重要作用。积分时间越长,地形的作用越明显。在全地形试验中,汉口南侧中尺度低空西南风急流的加强是β中尺度低涡形成的重要因素,当加强的西南中尺度急流传播到(或形成于)鞍型场中性点附近时,其左侧容易形成β中尺度低涡,并在合适的热力条件下得到发展。     

“10.7”安庆特大暴雨及中尺度低涡结构的数值模拟与分析

采用常规气象观测、地面加密降水资料、FY-2E卫星逐时T_BB资料以及WRFV3.3高分辨率模式输出资料,对2010年7月12—13日安庆罕见特大暴雨过程的中尺度对流系统的发生发展、结构特征及形成原因进行了综合分析。WRFV3.3中尺度非静力模式很好地模拟了此次切变线暴雨的雨带走向、几个暴雨中心的位置和强度,以及中尺度对流系统的整个发展过程。分析结果表明:此次特大暴雨是在高层200 hPa强大的南亚高压稳定少动,中层500 hPa的短波槽的生成、转向和发展与副高的维持,低层的700 hPa和850 hPa中尺度低涡、切变线以及地面梅雨锋扰动的共同作用下造成的;700 hPa低涡、切变线以及沿切变线相继生成和强烈发展的β中尺度对流系统是这次特大暴雨的直接制造者。细网格模拟结果揭示,安庆特大暴雨与850 hPa上的β中尺度对流系统(MβCS)的生成和强烈发展直接相关。该MβCS具有明显的动力—热力结构特征,显示:强上升运动与饱和气柱的耦合,强散度柱与强涡柱的耦合发展,强上升运动与位势不稳定的耦合发展,湿静力不稳定与湿对称不稳定共存。     

一次江淮切变线暴雨过程的数值模拟与诊断分析

采用非静力中尺度模式WRFV3.3对2010年7月12-13日一次江淮切变线暴雨过程进行数值模拟,分析了暴雨形成的大尺度环流条件、中尺度气旋演变,并对涡旋与变形场的相互作用指数VDI与降水之间的关系进行了探讨。结果表明：本次暴雨过程为典型的切变线降水过程,是在高层200 hPa强大的南亚高压稳定少动,中层500hPa短波槽生成东移、西太平洋副热带高压维持的背景下,由低层700 hPa和850 hPa切变线上中尺度低涡以及地面梅雨锋扰动的共同作用造成的。WRFV3.3较好地模拟了本次暴雨过程的雨带和暴雨中心。中尺度气旋发生于长江中下游呈东北-西南走向的切变线上,暴雨发生于700 hPa切变线南侧、低空急流轴的左侧,急流轴上的大风速中心与1 h雨强有较好的对应关系。中尺度涡旋与大风速中心之间存在着明显的相关性,风速增强,涡旋增强。VDI指数对降水中心和强度有较好的指示性,有助于在实际预报业务中对降水中心和强度做出正确判断。     

海洋格点数据的无损压缩新方法

格点数据是海洋科学资料存储交换的重要形式,资料量的爆炸性增长给数据的存储、传输带来了巨大压力.海洋格点资料与大气格点资料的最大区别在于陆地格点上不存在海洋要素值.本文分析了海洋格点数据的基本特点,综合了行程编码(RLE)和增量编码的特性,设计了海洋格点数据的无损压缩方案.试验表明,该方案具有较高的压缩比,而且在有效精度...     

提升小波变换在气象格点数据无损压缩中的应用

提升小波变换实现了整数到整数的变换,同时保证了小波变换的正交特性。在二维预测编码基础上引入提升小波变换,并结合"洗牌"技术和熵编码,设计了气象格点数据的无损压缩方案。以位势高度、经向风、纬向风、温度4个要素为例,对数据处理前后的熵值进行了对比分析,并设计了4种方案进行验证。结果表明:提升小波变换能有效去除数据间的相关性,消除冗余信息,降低数据集的熵值,与二维预测编码相结合能实现优势互补,提高压缩效率,并能保证在有效精度内数据完全无损,从而有效提高气象海量数据的存储和传输效率,为快速气象数据响应和预报服务提供数据支持。